Bacterie eet nylon. Ook onzuiver nylon

Een team wetenschappers van Forschungszentrum Jülich heeft samen met het bedrijf Novonesis een bacterie ontwikkeld die individuele bouwstenen van verschillende soorten nylon ‘opeet’ en omzet in producten met toegevoegde waarde.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.

Synthetische polyamiden, beter bekend als nylon, hebben een lange levensduur en hoge treksterkte. Ze worden gebruikt in diverse industrieën en een verscheidenheid aan producten – waaronder panty’s, ondergoed en sportkleding, maar ook parachutes, netten, vislijnen en onderdelen in de auto-industrie. Ondanks het brede scala aan mogelijke toepassingen en gebruik, is het recyclingpercentage voor polyamiden momenteel minder dan vijf procent. Het meeste nylonafval wordt gestort bij gebrek aan geschikte recyclingprocessen, in het milieu gegooid als visnetten of touwen, of verbrand, waarbij giftige stoffen kunnen vrijkomen.

Conventionele recyclingmethoden zijn vaak ontoereikend. Traditionele mechanische recycling, waarbij nylon wordt gesmolten en omgevormd tot vezels of plastic producten, gebeurt momenteel slechts op zeer kleine schaal omdat hiervoor zeer zuiver nylonafval nodig is. Als alternatief kan chemische recycling nylonmateriaal afbreken in zijn bouwstenen, zodat het weer kan worden samengevoegd tot een nieuwe kunststof, maar het materiaal wordt vaak niet volledig afgebroken. In plaats daarvan blijft er een mengsel over van individuele moleculen en korte moleculaire ketens – bekend als oligomeren. Vergeleken met pure polymeerbouwstenen is dit mengsel moeilijk te verwerken. En dit is waar de innovatie van het Jülich onderzoeksteam om de hoek komt kijken.

Moeilijk mengsel

Het onderzoeksteam heeft de bodembacterie Pseudomonas putida genetisch gemanipuleerd, zodat deze dit mengsel van nylonbouwstenen kan metaboliseren en omzetten in producten als biopolyesters. Dit door een combinatie van genetische manipulatie en laboratoriumevolutie, die het mogelijk maakt om bacteriën efficiënt nieuwe vaardigheden aan te leren.

“Sommige bacteriën ontwikkelen het vermogen om nylon bouwstenen efficiënter te recyclen na willekeurige mutaties in hun genoom. Deze cellen hebben een groeivoordeel ten opzichte van andere en kunnen zich sneller vermenigvuldigen. Na een paar generaties in het laboratorium, waar nylon bouwstenen de enige voedingsbron waren, bestaat de bacteriecultuur uiteindelijk alleen nog maar uit deze gespecialiseerde cellen,” zegt onderzoeksleider Nick Wierckx.

Door de genomen in detail te analyseren, identificeerden de onderzoekers de verantwoordelijke mutaties en introduceerden deze in Pseudomonas putida-cellen. Daarnaast werden genen voor speciale enzymen, bekend als nylonases, geïntroduceerd om de bacteriën in staat te stellen korte nylonketens uit chemisch afgebroken nylon te gebruiken als extra voedselbron. Het potentieel van dergelijke enzymen was al onderzocht in een eerdere studie in samenwerking met Novonesis.